DE102006013773A1 - Mikroskopsystem sowie Verfahren zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe - Google Patents

Mikroskopsystem sowie Verfahren zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe Download PDF

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Abstract

Es wird bereitgestellt ein Mikroskopsystem zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe (8), mit einem Lichtquellenmodul (LM), das Beleuchtungsstrahlung (3) gepulst und im Dauerbetrieb abgeben kann, einem Beleuchtungsmodul (BM), das zur Messung eines auf oder in der Probe (8) liegenden, flächigen ersten Meßbereichs die Beleuchtungsstrahlung derart in den Meßbereich fokussiert und eine relative Bewegung zwischen der fokussierten Beleuchtungsstrahlung der Probe (8) derart bewirkt, daß der gesamte Meßbereich scannend beleuchtet und aufgrund einer Wechselwirkung von Beleuchtungsstrahlung und Probe (8) Probenstrahlung erzeugt wird, einem Detektionssmodul (DM), das die im Fokus erzeugte Probenstrahlung konfokal detektiert, einem Anregungsmodul (AM), mit dem die Probe (8) mechanisch in Schwingung versetzt werden kann, und mit einer Steuereinheit (1) zur Steuerung der Module (LM, BM, DM, AM), derart, daß das Mikroskopsystem in drei verschiedenen Meßmodi betrieben werden kann, wobei im ersten Modus die Probe (8) mittels dem Anregungsmodul (AM) nicht in Schwingung versetzt ist, das Lichtquellenmodul (LM) in den Dauerbetrieb geschaltet ist und mittels dem Beleuchtungsmodul (BM) und dem Detektionsmodul (DM) der erste Meßbereich detektiert wird, im zweiten Modus die Probe (8) mittels dem Anregungsmodul (AM) in Schwingung versetzt ist, das Lichtquellenmodul (LM) in den Dauerbetrieb geschaltet ist und mittels dem Beleuchtungsmodul (BM) und dem Detektionsmodul (DM) ...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Mikroskopsystem zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe sowie ein Verfahren zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe.
  • Es sind Systeme bekannt, bei denen mittels dem Laserdopplereffekt das Vibrationsverhalten an einem einzigen Punkt einer Probe gemessen wird. Damit können insbesondere Schwingungen entlang der Ausbreitungsrichtung der Laserstrahlung gemessen werden, wobei jedoch aufgrund der punktuellen Messung die Messung sehr zeitaufwendig ist. Um Schwingungen quer zur Ausbreitung der Laserstrahlung messen zu können, wird häufig ein anderes Verfahren eingesetzt, nämlich ein stroposkopisches Videomikroskopieverfahren. Zur Messung der dreidimensionalen Struktur der Probe wird wiederum ein Weißlichtinterferrometer eingesetzt.
  • Alle drei Verfahren sind aufwendig und zeitintensiv und benötigen jeweils einen eigenen Sensor, was zu einem sehr kostenintensiven Gerät führt.
  • Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Mikroskopsystem sowie ein Verfahren zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe vorzusehen, das einen vereinfachten Aufbau aufweist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Mikroskopsystem zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe mit einem Lichtquellenmodul, das Beleuchtungsstrahlung gepulst und im Dauerbetrieb abgeben kann, ein Beleuchtungsmodul, das zur Messung eines auf oder in der Probe liegenden, flächigen ersten Meßbereichs die Beleuchtungsstrahlung derart in den Meßbereich fokussiert und eine relative Bewegung zwischen der fokussierten Beleuchtungsstrahlung der Probe derart bewirkt, daß der gesamte Meßbereich scannend beleuchtet und aufgrund einer Wechselwirkung von Beleuchtungsstrahlung und Probe Probenstrahlung erzeugt wird, einem Detektionsmodul, das die im Fokus erzeugte Probenstrahlung konfokal detektiert, einem Anregungsmodul, mit dem die Probe mechanisch in Schwingung versetzt werden kann, und mit einer Steuereinheit zur Steuerung der Module derart, daß das Mikroskopsystem in drei verschiedenen Meßmodi betrieben werden kann, wobei im ersten Modus die Probe mittels dem Anregungsmodul nicht in Schwingung versetzt ist, das Lichtquellenmodul in den Dauerbetrieb geschaltet ist und mittels dem Beleuchtungsmodul und dem Detektionsmodul der erste Meßbereich detektiert wird, im zweiten Modus die Probe mittels dem Anregungsmodul in Schwingung versetzt ist, das Lichtquellenmodul in den Dauerbetrieb geschaltet ist und mittels dem Beleuchtungsmodul und dem Detektionsmodul der erste Meßbereich detektiert wird und im dritten Modus die Probe mittels dem Anregungsmodul in Schwingung versetzt ist, das Lichtquellenmodul die Beleuchtungsstrahlung gepulst abgibt und mittels dem Beleuchtungsmodul und dem Detektionsmodul der erste Meßbereich detektiert wird.
  • Mit diesem Mikroskopsystem ist es möglich, mit nur einem einzigen Detektionsmodul und somit auch mit nur einem einzigen Detektor (z. B. CMOS- oder CCD-Detektorzeile) sowie mit denselben Lichtquellen (und sogar mit derselben Lichtquelle) die statische dreidimensionale Struktur der Probe in Ruhe zu messen (erster Meßmodus) sowie Schwingungen der Probe in Richtung der Beleuchtungsstrahlung als auch quer zur Beleuchtungsstrahlung zu messen (dritter Meßmodus). Ferner kann die Einhüllende der Schwingung der Probe auch noch gemessen werden (zweiter Meßmodus).
  • Das Mikroskopsystem kann insbesondere zum Testen von mikromechanischen Komponenten bzw. mikroelektromechanischen Komponenten eingesetzt werden. Solche Komponenten enthalten bewegliche Strukturen mit Mikrometer-Abmessungen zusammen mit elektronischen Schaltelementen auf einem Siliziumchip. Beispiele hierfür sind Beschleunigungssensoren (z. B. zur Airbagauslösung in Fahrzeugen), Drehraten-Sensoren sowie eine Kippspiegelmatrix für Videoprojektoren. Wenn solche Komponenten auch noch optoelektronische Funktionen aufweisen, spricht man von mikro-optoelektronisch-mechanischen Komponenten bzw. Systemen. So können beispielsweise Vorhersagen über mögliche Schädigungen durch lokale Ermüdung getroffen werden.
  • Bei dem Mikroskopsystem kann das Beleuchtungsmodul die Beleuchtungsstrahlung linienförmig in den Meßbereich fokussieren und das Detektionsmodul die erzeugte Probenstrahlung linienförmig detektieren. Damit wird es möglich, größere Bildbereiche in kürzerer Zeit zu erfassen. Insbesondere bei einer Ablenkung quer zur Linienrichtung können auch dreidimensionale Probenbilder erzeugt werden.
  • Der flächige erste Meßbereich kann sich insbesondere in Richtung der Beleuchtungsstrahlung oder auch quer dazu erstrecken. Ferner kann der flächige erste Meßbereich eine ebene Fläche sein. Die Lage des flächigen ersten Meßbereiches wird gemäß der zu erwartenden Schwingung gewählt.
  • Bei dem Mikroskopsystem können zumindest in einem der Meßmodi weitere flächige Meßbereiche in der gleichen Weise wie der erste Meßbereich mittels dem Beleuchtungsmodul und dem Detektionsmodul detektiert werden. Die weiteren Meßbereich liegen insbesondere parallel zum ersten Meßbereich, so daß nebeneinander liegende optische Schnitte der Probe detektiert werden können, aus dem ein dreidimensionales Bild zusammengesetzt werden kann.
  • Das Anregungsmodul regt die Probe insbesondere periodisch an. So kann das Anregungsmodul im dritten Modus die Probe periodisch anregen und die weiteren Meßbereiche können zu Zeitpunkten detektiert werden, die zur Zeit der Detektion des ersten Meßbereichs um ganzzahlige Vielfache der Periodendauer der Anregung zeitlich versetzt sind. Damit wird vorteilhaft erreicht, daß die verschiedenen optischen Schnitte jeweils zum gleichen Schwingungszeitpunkt gewonnen werden, so daß insgesamt ein sehr hoch aufgelöstes dreidimensionales Bild der Schwingung erzeugt werden kann.
  • Das Lichtquellenmodul kann auch eine oder mehrere Leuchtdioden aufweisen.
  • Das Lichtquellenmodul kann auch eine Lasereinheit zur Erzeugung der Beleuchtungsstrahlung aufweisen. Die Lasereinheit kann entweder einen einzelnen Laser oder auch mehrere Laser umfassen, die die gewünschte Beleuchtungsstrahlung (hier Laserstrahlung) abgibt. Die Laserstrahlung läßt sich äußerst gut fokussieren, wobei die Fokussierung insbesondere so gewählt ist, daß sie beugungsbegrenzt ist. Damit wird eine sehr gute Auflösung erreicht. Ferner sind sehr hohe Pulswiederholraten und äußerst kurze Pulse möglich, so daß eine ausgezeichnete Auflösung auch von schnellen mechanischen Schwingungen der Probe möglich ist.
  • Das Anregungsmodul kann beim Mikroskopsystem im zweiten Modus die Probe periodisch anregen, wobei die Detektions -bzw. Meßdauer im zweiten Modus länger ist als die Periodendauer der Anregung. Damit läßt sich insbesondere die Einhüllende der mechanischen Schwingung sehr gut detektieren.
  • Das Anregungsmodul kann im dritten Modus die Probe periodisch anregen, wobei die Pulsdauer der gepulsten Beleuchtung und somit die Meßdauer im dritten Modus kürzer ist als die Periodendauer der Anregung. Damit wird eine sehr hohe Auflösung der aufgenommenen Probe zu einem Zeitpunkt der angeregten mechanischen Schwingung möglich. Insbesondere ist es möglich, eine höhere zeitliche Auflösung zu erreichen, als z. B. durch die minimale Detektionsdauer des Detektors möglich wäre. Wenn das Detektionsmodul als Detektor eine Kamera aufweist, ist die minimale Detektionsdauer durch die minimale Verschlußzeit (Zeit, während der die Kamera aufnimmt) vorgegeben. Die Pulsdauer kann jedoch kürzer gewählt bzw. eingestellt werden als die minimale Verschlußzeit, so daß über die Pulsdauer und nicht über die Verschlußzeit die Aufnahme- bzw. Meßdauer bestimmt wird.
  • Insbesondere kann die Steuereinheit im dritten Meßmodus die Beleuchtungsfrequenz der gepulsten Beleuchtungsstrahlung und die Schwingungsfrequenz der mechanischen Anregung miteinander synchronisieren. Damit lassen sich ausgezeichnet in definierter Weise Messungen in Phase oder auch außer Phase durchführen. Bei Messungen in Phase kann man durch die Ein- oder Verstellung eines Offsets einstellen, an welcher Stelle der mechanischen Schwingung gemessen wird (z. B. am Gipfel bzw. Maximum, im Tal bzw. Minimum oder an einer bestimmten Stelle dazwischen bzw. an der Flanke).
  • Die Probenstrahlung ist insbesondere hier reflektierte Strahlung. Sie kann jedoch auch transmittierte Strahlung, Fluoreszenzstrahlung oder eine sonstige aufgrund der Wechselwirkung erzeugte Strahlung sein.
  • Die Steuereinheit kann insbesondere so ausgebildet sein, daß mit ihr auch noch die Erzeugung der gewünschten Bilddaten aus den Meßsignalen erfolgt. Alternativ kann dazu eine separate Bearbeitungseinheit vorgesehen sein.
  • Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe, bei dem zur Messung eines auf oder in der Probe liegenden flächigen ersten Meßbereichs Beleuchtungsstrahlung derart in den Meßbereich fokussiert und eine Relativbewegung zwischen der fokussierten Beleuchtungsstrahlung und der Probe derart bewirkt wird, daß der gesamte Meßbereich scannend beleuchtet und aufgrund einer Wechselwirkung von Beleuchtungsstrahlung und Probe Probenstrahlung erzeugt wird, die konfokal detektiert wird, wobei in einem ersten Meßmodus die Probe nicht in Schwingung versetzt wird und der erste Meßbereich mit einer Dauerstrich-Beleuchtungsstrahlung gescannt wird, wobei in einem zweiten Meßmodus die Probe in Schwingung versetzt wird und der erste Meßbereich mit einer Dauerstrich-Beleuchtungsstrahlung scannend beleuchtet wird und wobei in einem dritten Meßmodus die Probe in Schwingung versetzt wird und der erste Meßbereich mit einer gepulsten Beleuchtungsstrahlung scannend beleuchtet wird.
  • Mit diesem Verfahren können die statische dreidimensionale Struktur der Probe (erster Meßmodus), die Einhüllende der Schwingung der Probe (zweiter Modus) sowie ein bestimmter Schwingungszustand der Schwingung (dritter Meßmodus) mit ein und demselben Gerät gemessen werden, wobei in allen drei Meßmodi derselbe Detektor sowie dieselbe Lichtquelle eingesetzt werden kann.
  • Insbesondere wird die Beleuchtungsstrahlung linienförmig in den Meßbereich fokussiert und die erzeugte Probenstrahlung linienförmig detektiert. Dazu kann beispielsweise ein linienförmiger, ortsauflösender Detektor (z. B. CMOS- oder CCD-Detektor) eingesetzt werden.
  • Bei dem Verfahren können zumindest in einem der Meßmodi weitere flächige Meßbereich in gleicher Weise wie der erste Meßbereich detektiert werden. Die weiteren Meßbereich liegen bevorzugt parallel zum ersten Meßbereich. Damit ist es möglich, auch dreidimensionale Informationen über die zu untersuchende Probe und die Schwingungszustände der Probe zu gewinnen.
  • Das Verfahren kann insbesondere so weitergebildet werden, daß die mittels dem erfindungsgemäßen Mikroskopsystem und seiner Weiterbildung ermöglichten Messungen durchgeführt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielshalber anhand der Figuren noch näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines konfokalen Mikroskopsystems zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe;
  • 2 eine Draufsicht eines zu detektierenden Probenbereichs der Probe 8 von 1;
  • 35 optische Schnitte durch die Probe gemäß verschiedener Meßmodi;
  • 6 ein Diagramm zur Darstellung des mechanischen Anregungssignals des Aktuators 12 von 1 im zeitlichen Verlauf, und
  • 7 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung des Meßfensters M5 von 6.
  • Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt das konfokale Mikroskopsystem zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe ein Lichtquellenmodul LM, ein Beleuchtungsmodul BM ein Detektionsmodul DM, ein Anregungsmodul AM sowie eine Steuereinheit 1.
  • Das Lichtquellenmodul LM, das Beleuchtungsmodul BM sowie das Detektionsmodul DM sind im wesentlichen wie bei einem herkömmlichen konfokalen Laser-Scanningmikroskop ausgebildet. So umfaßt das Lichtquellenmodul LM einen Laser 2, der hier sowohl im Dauerbetrieb als auch gepulst betrieben werden kann und ein Laserstrahlenbündel 3 abgibt, das mittels einer Linse 4 (beispielsweise einer Powell-Linse) linienförmig auf eine nachgeordnete Spaltblende 5 fokussiert wird. Durch den Spalt der Spaltblende tritt somit ein linienförmiges Laserstrahlenbündel hindurch, das sich hier senkrecht zur Zeichenebene erstreckt.
  • Der weitere Strahlenverlauf ist nur noch schematisch dargestellt, wobei durch Pfeile die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahlenbündels 3, das hier als Beleuchtungsstrahlung dient, sowie der nachher noch diskutierten Probenstrahlung eingezeichnet ist.
  • Das Laserstrahlenbündel 3 trifft auf einen Strahlteiler 6 und gelangt von diesem zu einer Scaneinheit 7 des Beleuchtungsmoduls BM. Die Scaneinheit 7 lenkt das Laserstrahlenbündel 3 auf eine zu untersuchende Probe 8, die auf einem Probentisch 9 liegt.
  • Das Beleuchtungsmodul BM enthält ferner ein Objektiv 10, das zwischen der Scaneinheit 7 und dem Probentisch 9 angeordnet ist und zur Fokussierung des linienförmigen Laserstrahlenbündels 3 auf bzw. in die Probe 8 dient. Zur Änderung der Fokuslage des Laserstrahlenbündels 3 in Ausbreitungsrichtung bzw. in Richtung der optischen Achse des Objekts 10 kann beispielsweise ein Aktuator 11 (hier ein Piezoelement) vorgesehen sein, das das Objektiv 10 bzw. Teile davon entlang der Richtung des Doppelpfeils P1 bewegt.
  • Die Scaneinheit 7 dient dazu, das linienförmig fokussierte Strahlenbündel 3 entlang des Doppelpfeils D2 zu scannen bzw. abzulenken.
  • Das Anregungsmodul AM umfaßt einen Aktuator 12, mit dem der Probentisch 9 oder auch die Probe 8 direkt in Schwingung versetzt werden kann.
  • Das Detektionsmodul DM umfaßt eine Spaltblende 13, eine der Spaltblende 13 nachgeordnete Detektionslinse 14 sowie einen zeilenförmigen ortsauflösenden Detektor 15, der sich hier senkrecht zur Zeichenebene erstreckt.
  • Die Steuereinheit steuert den Laser 2, die Aktuatoren 11 und 12 sowie den Detektor 15 und kann das konfokale Mikroskopsystem in drei verschiedenen Meßmodi betreiben.
  • Im ersten Meßmodus der drei Meßmodi steuert die Steuereinheit 1 einen Aktuator 12 des Anregungsmoduls AM so an, daß der Probentisch 9 und somit auch die Probe 8 nicht in Schwingung versetzt werden. Ferner wird der Laser 2 derart angesteuert, daß er in den Dauerbetrieb geschaltet ist, so daß mittels des Lichtquellenmoduls LM und des Beleuchtungsmoduls BM auf bzw. in die Probe das Laserstrahlenbündel 3 als Dauerstrich-Beleuchtung fokussiert wird.
  • In 2 ist schematisch eine Draufsicht auf die Probe 8 bzw. des Bereiches der Probe 8, der detektiert wird, gezeigt. Bei der Probe handelt es sich hier um eine Kippspiegelmatrix, die eine Vielzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Kippspiegeln aufweist. Eine solche Kippspiegelmatrix wird beispielsweise bei digitalen Projektoren eingesetzt und häufig auch als DMD-Modul bezeichnet.
  • Bei der Darstellung in 2 ist schematisch nur ein einzelner Kippspiegel 16 dargestellt. Ferner ist die Achse 17, um die der Spiegel 16 gekippt werden kann, gestrichelt eingezeichnet. Des weiteren ist das fokussierte Laserstrahlenbündel 3 (hier Linie 18) dargestellt, das auf die Oberfläche der Probe 8 fokussiert ist. Aufgrund einer Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahlenbündel 3 und der Probe 8 (hier Reflexion) wird Probenlicht erzeugt, das über das Objektiv 10 und die Scaneinheit 7 descannt (insbesondere bei einer Ablenkung des Laserstrahlenbündels 3 entlang dem Pfeil P2, wie nachfolgend noch beschrieben wird) wird sowie dann über den Teilerwürfel 6, die Spaltblende 13, die Detektionslinse 15 konfokal und örtlich auflösend auf dem Detektor 15 detektiert wird.
  • Die Steuereinheit 1 steuert den Aktuator 11 so an, daß das Laserstrahlenbündel 3 in unterschiedlichen Tiefen (z-Richtung, senkrecht zur Zeichenebene bei 2) in der Probe fokussiert wird, so daß aus den Detektorsignalen 15 ein optischer Schnitt der Probe 8 entlang der Ausbreitungsrichtung (z-Richtung) des Laserstrahlenbündels 3 erstellt werden kann. Es wird somit ein sich in z-Richtung erstreckender erster Meßbereich durch die sich ändernde Fokussierung scannend beleuchtet. Ein solcher Schnitt ist schematisch in 3 dargestellt. Da die Probe 8 nicht in Schwingung versetzt wird, wird somit der Kippspiegel 16 in seiner Ruhestellung erfaßt.
  • In einem zweiten Meßmodus steuert die Steuereinheit 1 den Aktuator 12 nun so an, daß der Probentisch 9 und somit auch die Probe 8 periodisch mechanisch angeregt wird. Dies führt dazu, daß auch der Kippspiegel 16 in Schwingung versetzt wird. Der Laser 2 wird wiederum so angesteuert, daß er im Dauerbetrieb geschaltet ist, so daß bei einer mehrfachen Messung des x-z-Schnittes (gleicher Schnitt wie bei 2) jeweils der Kippspiegel 16 in unterschiedlichen Stellungen während der Schwingung erfaßt wird. Bei einer Überlagerung aller dieser Schnitte kann man leicht die Einhüllende der Schwingung des Kippspiegels 16 messen. Dies ist in 4 dadurch angedeutet, daß die beiden Endstellungen der angeregten Schwingung (Umkehrpunkte der Schwingung) des Kippspiegels 16 mit durchgezogener Linie dargestellt sind und daß beispielhaft zwei Zwischenstellungen des Spiegels gestrichelt dargestellt sind. Dazu ist anzumerken, daß in diesem Modus nur die Umkehrpunkte der Schwingung (maximale Schwingungsamplitude) scharf dargestellt bzw. gemessen werden, während die Zwischenstellungen bzw. -zustände unschärfer (verschwommen) sind.
  • In einem dritten Meßmodus werden der Probentisch 9 und somit die Probe 8 wiederum periodisch mittels des Aktuators 12 in Schwingung versetzt. In diesem Meßmodus wird jedoch der Laser 2 gepulst betrieben und die Messung des x-z-Schnittes wird so durchgeführt, daß stets zum gleichen Zeitpunkt während der Schwingung bzw. zu Zeitpunkten, die sich nur um ein ganzzahlig Vielfaches der Periodendauer der angeregten Schwingung unterscheiden, gemessen wird. In diesem Fall kann somit ein einzelner Schwingungszustand während der angeregten Schwingung des Kippspiegels 16 erfaßt werden, wie dies schematisch in 5 dargestellt ist. In dieser Darstellung ist die aufgrund der Schwingung auftretende Biegung an den Enden des Kippspiegels 16 übertrieben dargestellt. In diesem Modus kann der einzelne Schwingungszustand (insbesondere wenn es ein Zustand zwischen den beiden Umkehrpunkten der Schwingung ist) schärfer dargestellt werden als im zweiten Meßmodus.
  • Wenn man dreidimensionale Bilder von dem Kippspiegel 16 gewinnen will, so muß man nur die beschriebenen x-z-Schnitte für unterschiedliche x-Positionen durchführen, wie dies schematisch durch den Fall P2 in 1 und 2 dargestellt ist. Dazu wird das linienförmig fokussierte Laserstrahlbündel 3 mittels der Scaneinheit 7 quer zur Erstreckungsrichtung des Laserstrahlenbündels 3 abgelenkt (die Probenstrahlung wird durch die Scaneinheit wiederum descannt). Man erhält dadurch nebeneinander liegende x-z-Schnitte, die in der üblichen Art und Weise zu einem dreidimensionalen Bild zusammengesetzt werden können.
  • Die unterschiedlichen Meßmodi sind noch schematisch in 6 dargestellt. 6 zeigt das mechanische Anregungssignal des Aktuators 12, wobei die Amplitude A gegen die Zeit t aufgetragen ist. In der Zeit von 0 bis t1 findet keine Anregung mittels dem Aktuator 12 statt. Es wird in dem ersten Meßmodus im Meßfenster M1 (t2 bis t3) der beschriebene x-z-Schnitt erfaßt.
  • Zum Zeitpunkt t1 setzt der Aktuator 12 die Probe 8 in mechanische Schwingungen, wobei das mechanische Anregungssignal dargestellt ist. Im Meßfenster M2 (Zeit t4 bis t5) wird wiederum der x-z-Schnitt erfaßt. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, finden während dieser Zeit mehrere Schwingungen des Anregungssignals (hier ca. 2,5 Schwingungen) statt, so daß das Bild gemäß 4 detektiert werden kann.
  • Wenn man ein dreidimensionales Bild erzeugen will, muß man die nebeneinander liegenden x-z-Schnitte erfassen, wobei dann im zweiten Modus die weiteren Meßfenster M3, M4 so gelegt sind, daß sie vom Anfang des ersten Meßfensters M2 (t4) im zweiten Meßmodus nur um ganzzahlige Vielfache der Periodendauer des Anregungssignals entfernt sind (hier Zeitpunkte t6, t7).
  • Im dritten Meßmodus wird während dem Meßfenster M5 nur gepulst beleuchtet, wie dies durch die Striche M51, M52 und M53 in 7 angedeutet ist. Zu diesen Zeiten werden die x-z-Schnitte erfaßt, was zum Bild gemäß 5 führt. Auch hier kann wiederum ein dreidimensionales Bild dadurch aufgenommen werden, daß die nachfolgend aufgenommenen und benachbarten Schnitte zu Zeiten aufgenommen werden, die sich vom Zeitpunkt t8 des Meßfensters M5 nur um ein ganzzahliges Vielfaches von der Periodendauer des Anregungssignals unterscheiden.
  • Im dritten Meßmodus kann die Pulsfrequenz der gepulsten Beleuchtung mit der Schwingungsfrequenz des Aktuators 12 so synchronisiert werden, daß eine Detektion definiert in Phase oder definiert außer Phase durchgeführt werden kann.
  • Das beschriebene konfokale Mikroskopsystem kann mechanische Anregungsgrenzen von 0 bis 40 MHz, Beleuchtungszeiten von 100 ps mit Wiederholraten von 20 bis 80 MHz sowie Detektionsfrequenzen von 1 bis 60 kHz bereitstellen.
  • Das beschriebene konfokale Mikroskopsystem kann natürlich nicht nur Schwingungen in Richtung der optischen Achse, sondern auch Schwingungen senkrecht dazu detektieren. In diesem Fall wird dann beispielsweise kein x-z-Schnitt, sondern ein x-y-Schnitt detektiert. Dies läßt sich hier leicht dadurch realisieren, daß die Fokustiefe des linienförmig fokussierten Strahlenbündels 18 unverändert bleibt und lediglich eine Ablenkung entlang des Doppelpfeils P2 (1, 2) erfolgt. Es sind auch andere flächige Meßbereiche möglich, die beispielsweise diagonal in der Probe 8 verlaufen.

Claims (11)

  1. Mikroskopsystem zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe (8), mit einem Lichtquellenmodul (LM), das Beleuchtungsstrahlung (3) gepulst und im Dauerbetrieb abgeben kann, einem Beleuchtungsmodul (BM), das zur Messung eines auf oder in der Probe (8) liegenden, flächigen ersten Meßbereichs die Beleuchtungsstrahlung derart in den Meßbereich fokussiert und eine relative Bewegung zwischen der fokussierten Beleuchtungsstrahlung der Probe (8) derart bewirkt, daß der gesamte Meßbereich scannend beleuchtet und aufgrund einer Wechselwirkung von Beleuchtungsstrahlung und Probe (8) Probenstrahlung erzeugt wird, einem Dektionssmodul (DM), das die im Fokus erzeugte Probenstrahlung konfokal detektiert, einem Anregungsmodul (AM), mit dem die Probe (8) mechanisch in Schwingung versetzt werden kann, und mit einer Steuereinheit (1) zur Steuerung der Module (LM, BM, DM, AM) derart, daß das Mikroskopsystem in drei verschiedenen Meßmodi betrieben werden kann, wobei im ersten Modus die Probe (8) mittels dem Anregungsmodul (AM) nicht in Schwingung versetzt ist, das Lichtquellenmodul (LM) in den Dauerbetrieb geschaltet ist und mittels dem Beleuchtungsmodul (BM) und dem Detektionsmodul (DM) der erste Meßbereich detektiert wird, im zweiten Modus die Probe (8) mittels dem Anregungsmodul (AM) in Schwingung versetzt ist, das Lichtquellenmodul (LM) in den Dauerbetrieb geschaltet ist und mittels dem Beleuchtungsmodul (BM) und dem Detektionsmodul (DM) der erste Meßbereich detektiert wird, im dritten Modus die Probe (8) mittels dem Anregungsmodul (AM) in Schwingung versetzt ist, das Lichtquellenmodul (LM) die Beleuchtungsstrahlung gepulst abgibt und mittels dem Beleuchtungsmodul (BM) und dem Detektionsmodul (DM) der erste Meßbereich detektiert wird.
  2. Mikroskopsystem nach Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungsmodul (BM) die Beleuchtungsstrahlung linienförmig in den Meßbereich fokussiert und das Detektionsmodul die erzeugte Probenstrahlung linienförmig detektiert.
  3. Mikroskopsystem nach einem der obigen Ansprüche, bei dem in zumindest einem der Meßmodi weitere flächige Meßbereich in der gleichen Weise wie der erste Meßbereich mittels dem Beleuchtungsmodul (BM) und dem Detektionsmodul (DM) detektiert werden.
  4. Mikroskopsystem nach Anspruch 3, bei dem die weiteren Meßbereiche parallel zum ersten Meßbereich liegen.
  5. Mikroskopsystem nach Anspruch 3 oder 4, bei dem im dritten Modus das Anregungsmodul (AM) die Probe (8) periodisch anregt und die weiteren Meßbereiche zu Zeitpunkten detektiert werden, die um ganzzahlige Vielfache der Periodendauer der Anregung zeitlich versetzt sind zur Detektion des ersten Meßbereichs.
  6. Mikroskopsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem das Lichtquellenmodul mindestens eine Leuchtdiode aufweist.
  7. Mikroskopsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Lichtquellenmodul (LM) eine Lasereinheit (2) zur Erzeugung der Beleuchtungsstrahlung aufweist.
  8. Mikroskopsystem nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Anregungsmodul (AM) im zweiten Modus die Probe (8) periodisch anregt, wobei die Detektionsdauer im zweiten Modus länger ist als die Periodendauer der Anregung.
  9. Mikroskopsystem nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das Anregungsmodul (AM) im dritten Modus die Probe (8) periodisch anregt, wobei die Pulsdauer der gepulsten Beleuchtungsstrahlung im dritten Modus kürzer ist als die Periodendauer der Anregung.
  10. Mikroskopsystem nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Steuereinheit (1) im dritten Meßmodus die Beleuchtungsfrequenz der gepulsten Beleuchtungsstrahlung und die Schwingungsfrequenz der mechanischen Anregung miteinander synchronisiert.
  11. Verfahren zur berührungslosen Schwingungsmessung einer Probe, bei dem zur Messung eines auf oder in der Probe liegenden flächigen ersten Meßbereichs Beleuchtungsstrahlung derart in den Meßbereich fokussiert und eine Relativbewegung zwischen der fokussierten Beleuchtungsstrahlung und der Probe derart bewirkt wird, daß der gesamte Meßbereich scannend beleuchtet und aufgrund einer Wechselwirkung von Beleuchtungsstrahlung und Probe Probenstrahlung erzeugt wird, die konfokal detektiert wird, wobei in einem ersten Meßmodus die Probe nicht in Schwingung versetzt wird und der erste Meßbereich mit einer Dauerstrich-Beleuchtungsstrahlung gescannt wird, wobei in einem zweiten Meßmodus die Probe in Schwingung versetzt wird und der erste Meßbereich mit einer Dauerstrich-Beleuchtungsstrahlung scannend beleuchtet wird, und wobei in einem dritten Meßmodus die Probe in Schwingung versetzt wird und der erste Meßbereich mit einer gepulsten Beleuchtungsstrahlung scannend beleuchtet wird.
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